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    科學家精神 | 我國煤礦大直徑深井鉆井的帶頭人——中國工程院院士、大直徑鉆井法鑿井專家洪伯潛
    發布時間: 2022年6月14日
    來源: 中國煤炭學會

    洪伯潛,中國工程院院士,著名礦井建設特殊鑿井工程專家,50多年來一直在科研第一線從事礦井建設研究與實踐,是我國煤礦深大豎井鉆井法鑿井技術的開拓者之一。

    洪伯潛先后主持完成了預應力鋼筋混凝土井架、木里煤田高寒地區永凍層煤礦開發的可行性研究及鉆井法鑿井等國家及部級課題30多項,10次獲國家及省、部級科技進步獎,其中國家科學技術進步一等獎1項、二等獎2項,省、部級科學技術進步特等獎2項、一等獎1項。他擔任過北京建井研究所鉆井室主任、博士生導師,現任中煤科工集團首席科學家、煤炭科學研究總院副總工程師、北京中煤礦山工程有限公司(煤科總院北京建井研究分院)學術委員會主任。他還是中國煤炭學會常務理事,濟南煤礦設計研究院高級顧問,1986年被評為國家級有突出貢獻的中青年專家,1990年7月首批獲國務院政府特殊津貼,1997年當選中國工程院院士,先后發表學術論文40多篇,培養工學碩士2名、博士1名、在讀博士1名。

    成才源于執著

    洪伯潛1931年出生于素有"海上花園"之稱的廈門鼓浪嶼一個知識分子家庭,1952年考入廈門大學土木工程系,一年后因全國高校院系調整調入浙江大學,攻讀他所熱愛的工業與民用建筑專業 。1956年,他獲得了首批浙江大學"三好優等生"稱號,并成為一名中國共產黨黨員。畢業時,他在畢業分配志愿書上填寫下了"服從組織分配,到祖國需要的地方"。

    人生是豐富多彩的,但也是富有戲劇性的。上世紀50年代中期的中國,正掀起五年計劃建設高潮,百業待興,各行各業都需要大批建設人才。1956年,洪伯潛被分配到煤炭科學研究院,這是他沒有想到的。他從建筑設計之夢開始,卻以煤礦建井之實步入了人生征程。

     1957年秋,洪伯潛參與組織煤炭部預應力混凝土結構新技術學習班,而后負責有關預應力混凝土結構的課題研究。從1966年開始,他連續三年赴海拔近4300米的青藏高原,從事高寒地區開礦可行性研究,經受了低氣壓、高海拔等惡劣條件的考驗。之后的大部分時間,他都是在礦井井筒過含水地層的特殊施工工地和其他科研現場度過的。從1972年起,他擔任建井所鉆井研究室主任長達20年之久。他深知,對于一個原本對煤礦生產建設一無所知的門外漢,要想很好地完成組織交給的任務,掌握并開拓這一工程領域的技術,除了不斷努力學習必要的書本知識外,還必須時刻牢記"不斷求知于實踐、求師于他人"。他每年都在現場堅守八九個月的時間,在實踐中不斷摸索實踐。"六五"和"七五"期間,他承擔并完成了國家重點科技攻關項目《深井鉆井法鑿井技術的研究》,1986年榮獲國家"六五"科技攻關先進個人獎,被人事部授予"有突出貢獻的中青年專家"稱號。1991年后,他擔任了鉆井室主任工程師,仍致力于鉆井法鑿井技術拓展應用于水下樁基工程、混凝土質量檢測儀表等技術和設備的開發研究,并取得了豐碩成果。

    勤奮鑄就成功

    洪伯潛承擔的第一個課題,是1958年在鶴壁原鹿樓礦試制我國第一座15米懸臂式預應力鋼筋混凝土井架,成為煤炭部推行"鋼木代用"的示范工程。1964年,他研制成功32米高預應力混凝土井架,填補了國內礦山預應力混凝土大型特種結構的空白。1969年,他主持完成了煤炭部組織的《青海木里煤田聚乎更礦區高寒地帶(海拔4300米)煤田開發的可行性》研究課題,歷經三年的現場試驗,完成了平巷掘進、高原設備效率、永凍土層地基基礎等大量實體工程試驗,為以后該類礦區開發提供了可靠依據。

     洪伯潛自1972年開始從事鉆井法鑿井的研究,是我國最早的三種煤礦專用鉆機中兩種鉆機的主要研究設計者。他參與了潘三西風井(508米)、龍固主井(582.75米)等趕超世界水平的井筒施工方案的制定和施工,承擔了包括謝橋西風井、龍固主井和風井、龍口梁家風井在內的十幾個疑難鉆井井壁設計或審查,與團隊共同完成了國家"六五"和"七五"科技攻關項目《深井鉆井法鑿井技術的研究》,使鉆井法成為我國首先通過440米表土不穩定含水地層、鉆井深度508米、獨具優勢的大直徑井筒特殊施工方法,綜合技術達到國際先進水平,獲得國家"六五"重點科技攻關項目獎和國家科學技術進步一等獎。

    鉆井井筒永久支護是地面分段預制的鋼筋混凝土井壁,通過特殊的技術措施,下沉安裝并與井筒固結。對于深達四五百米的大直徑深井鉆井工程,井筒支護技術是保證鉆井法成功的重要技術環節。根據深井條件,洪伯潛首次提出依據井筒深度采用不同厚度井壁的結構設計方法和構造措施,解決了深大井筒鉆井井壁總體設計的關鍵問題;引入建筑工程的約束混凝土結構基本原理,將擁有知識產權的單內鋼板-鋼筋混凝土復合井壁成功應用于鉆井法鑿井深部的井筒支護;研究解決了井壁節間注漿材料和工藝問題,實現了井壁豎向荷載的均勻傳遞;根據壓桿的穩定原理,探索并首次提出井壁懸浮下沉整體軸向失穩的問題,創立了采用力矩平衡法安全控制第一段合理充填高度和配重水添加量計算公式;首次提出在內鋼板預留泄水孔的方案,從而杜絕了鋼板井壁鼓包事故的發生,保證了井筒長期使用安全。在此期間,洪伯潛還負責完成了"鉆井壁后充填機械化"的研究,實現了鉆井法鑿井全部工序機械化,建成當時性能最齊全、工藝最先進的井壁試驗裝置,并將鉆井技術擴大應用至水下大型橋基工程,主持和參加了3個型號大型工程鉆機(直徑3米)的研究設計工作,參與了珠海橫琴大橋和浙江上虞人民路大橋主橋墩水下直徑3米群樁鉆孔施工技術方案的制定、設計和實施。

    再攀新高峰

    進入新世紀,已是古稀之年的洪伯潛院士在科研的道路上更加忘我投入。

    隨著改革開放的深入和國民經濟的發展,國家對能源的需求量越來越大。2002年,國家關于建設大型煤炭基地的部署喚醒了沉睡多年的巨野煤田,深藏于地下的煤田急需高新技術的支持才可能順利開發。魯西南巨野煤田龍固礦井是設計生產能力600萬噸/年的特大型礦井,地處巨野煤田中部。巨野煤田已探明地質儲量為48.69億噸,煤質優良,為低灰、低磷、特低硫、中高發熱量的優質煤,且煤類齊全,可采區煤層平均厚度7.16米,適合建設大型礦井,具有很高的開發價值。巨野煤田已被發現20余年,遲遲沒有開發的原因是該煤田被平均厚度620米的特厚沖積層所覆蓋,由此帶來的一系列技術問題前所未有,使建井難度倍增。洪伯潛院士受邀于這一關鍵時刻,投入到龍固礦井井筒施工方案的研究和制定當中。

    洪伯潛院士負責鉆井井壁結構設計和計算,重大責任系于一身。從2002年6月起,歷時18個月,年過七旬的洪伯潛院士按照2002年發布的《混凝土設計新規范》,走上了殫精竭慮的設計之途。他伏于桌前,與電腦為伴,縝密構思井壁抵抗巨大地層壓力的合理計算方法,經常夜不成寐,幾次午夜起身記下自己的奇思妙想。他總結多年井壁設計的經驗,潛心研究這次井壁結構的新特點,形成了完整的設計思路和可靠的計算方法,完成了龍固礦3個鉆井井筒的井壁設計和計算,并與濟南煤礦設計研究院合作完成了3個井筒的設計圖紙。一份份嚴格推敲的計算書,一張張嚴謹繪制的藍圖,無不凝聚著他500多個日日夜夜的思慮,無不記載著他引領中國煤礦鉆井技術攀登世界高峰的歷程。

     2004年4月,12種型號、121節、22000多噸、相當于200層樓房高度的主1井壁開始懸浮下沉。這是前所未有的宏大工程,不能有絲毫閃失,否則已鉆鑿的井筒將前功盡棄。洪伯潛院士親自制定了井壁懸浮下沉和壁后充填的施工工藝,力保施工和設計環環相扣,不出現任何差錯。下沉井壁的30多天里,洪伯潛院士一直守在現場,對現場技術人員和工人進行指導,及時召開會議研究解決偶發問題。巨大的壓力使他寢食難安,需要靠安眠藥才能入睡。工作責任感使他顧不上高齡和身體不適,白天奔波在工地,晚上仍然加班加點進行工序的檢查和驗證、數據的反復驗算與核對,就連"五一"節也是在工地度過的。2004年4月28日,121節井壁安全下沉到位,標志著世界礦山史上一個鉆井工程的新紀錄誕生了!

    從2002年開始,洪伯潛院士作為國家"十五"科技攻關項目《龍固主井(雙井筒)近600米鉆井法鑿井技術研究與應用》的技術負責人,主持項目可行性論證和主要參數的確定,負責井壁結構形式及設計方法研究,承擔結構設計計算,解決了深井井壁承受巨大外力對強度的要求和懸浮下沉安裝與自重限制的矛盾。該項目的完成,解決了山東巨野煤田發現20多年未能開發的難題,獲得國家科技進步二等獎和煤炭行業科技進步特等獎。龍固主井鉆井深度582.75米,穿過沖積層546.48米,均屬當時國內外第一,綜合技術達到國際領先水平,帶動了一大批條件類似礦井的建設。 

    2007年5月,洪伯潛院士應國投新集能源股份有限公司的邀請,承擔鉆井法鑿井深度超過650米的板集煤礦主井、風井井壁懸浮下沉豎向結構穩定控制的設計和實施指導,又邁向新的征程。

    艱辛探索,百味人生。洪伯潛院士堅守"得寓于失,樂寓于苦,成功源于奮斗"的信念,從一個非礦業院校畢業的青年,成長為礦井建設領域的領軍人物,在鉆機設計、鉆井工藝、井筒支護技術等方面取得了巨大成就,是該領域能夠熟練掌握跨機械、礦建施工工藝及工程結構等幾個不同專業的難得的專家。洪伯潛院士50余年辛勤探索、執著奉獻的科學人生,是幾代煤炭行業科技人員創新攻關、無私奉獻的縮影。

    久久久综合

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